随行付微服务之服务网关

微服务是时下最流行的架构之一，作为微服务不可或缺的一部分，API网关的作用至关重要。本文将对随行付微服务的API网关实践进行介绍。

API网关的作用

我们知道，在一个微服务系统中，整个系统被划分为许多小模块，客户端想要调用服务，可能需要维护很多ip+port信息，管理十分复杂。API网关作为整个系统的统一入口，所有请求由网关接收并路由转发给内部的微服务。对于客户端而言，系统相当于一个黑箱，客户端不需要关心其内部结构。

随着业务的发展，服务端可能需要对微服务进行重新划分等操作，由于网关将客户端和具体服务隔离，因此可以在尽量不改动客户端的情况下进行。网关可以完成权限验证、限流、安全、监控、缓存、服务路由、协议转换、服务编排、灰度发布等功能剥离出来，讲这些非业务功能统一解决、统一机制处理。

Zuul原理简介

随行付微服务API网关基于Netflix的Zuul实现。Netflix是实践微服务最成功的公司之一，他们创建并开源了一系列微服务相关的框架，Zuul便是用来实现网关功能的框架。Zuul的整体架构图如下：

Zuul基于Servlet开发，ZuulServlet是整个框架的入口。Zuul的核心组件是Filter，Filter分为四类，分别是pre、route、post、error。pre-filter用来实现前置逻辑，route-filter用来实现对目标服务的调用逻辑，post-filter用来实现收尾逻辑，error-filter则在任意位置发生异常时做异常处理（此处应该注意，如果pre或route发生异常，执行error后，仍然会执行post）,其示意图如下：

在Filter中可以定义某些条件下是否执行过滤器逻辑，以及同种类Filter的优先级。Filter的各个方法中并不存在入参，其参数传递是通过一个基于ThreadLocal实现的RequestContext，虽然RequestContext中定义了很多参数的读写方法，但初始的可用参数仅有req和res，对应HttpSerlvetRequest和HttpServletResponse。Filter代码范例如下：

public class TestFilter extends ZuulFilter {        @Override /** 是否拦截 */    public boolean shouldFilter() {        return false;    }        @Override /** filter逻辑 */    public Object run() throws ZuulException {        RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();// 获取当前线程的        HttpServletRequest req = context.getRequest();// 获取请求信息        return null; // 从源码来看，这个返回值没什么用    }        @Override /** filter类型 */    public String filterType() {        return "pre";// pre/route/post/error    }        @Override /** filter优先级，仅在同类型filter中生效 */    public int filterOrder() {        return 0;    }}

Filter通常使用groovy编写，以便于动态加载。当我们编写好一个Filter类后，将其放在指定的磁盘路径下，FilterFileManager会启动一个守护线程去定期读取并加载。通过动态加载，我们可以在不停机的情况下添加、修改功能模块。FilterFileManager源码摘要如下：

public class FilterFileManager {    ...    /**     * Initialized the GroovyFileManager.     *     * @throws Exception     */    @PostConstruct    public void init() throws Exception    {        long startTime = System.currentTimeMillis();                filterLoader.putFiltersForClasses(config.getClassNames());        manageFiles();        startPoller();                LOG.warn("Finished loading all zuul filters. Duration = " + (System.currentTimeMillis() - startTime) + " ms.");    }        ...    /** 启动线程定时读取文件 */    void startPoller() {        poller = new Thread("GroovyFilterFileManagerPoller") {            public void run() {                while (bRunning) {                    try {                        sleep(config.getPollingIntervalSeconds() * 1000);                        manageFiles();                    }                    catch (Exception e) {                        LOG.error("Error checking and/or loading filter files from Poller thread.", e);                    }                }            }        };        poller.start();    }    ...    /** 读取文件并加载 */    void manageFiles()    {        try {            List
    
      aFiles = getFiles();            processGroovyFiles(aFiles);        }        catch (Exception e) {            String msg = "Error updating groovy filters from disk!";            LOG.error(msg, e);            throw new RuntimeException(msg, e);        }    }}
    

SpringCloud-Zuul

Spring Cloud通过集成Zuul来实现API网关模块，我们来简单介绍一下它的整合原理。

SpringCloud-Zuul的核心配置类是ZuulServerAutoConfiguration以及ZuulProxyAutoConfiguration。Spring首先使用ZuulController来封装ZuulServlet，然后定义一个ZuulHandlerMapping，使得除一些特殊请求以外（如/error）的大部分请求被转发到ZuulController进行处理。源码摘要如下：

@Configuration    @EnableConfigurationProperties({ ZuulProperties.class })    @ConditionalOnClass(ZuulServlet.class)    @ConditionalOnBean(ZuulServerMarkerConfiguration.Marker.class)    // Make sure to get the ServerProperties from the same place as a normal web app would    @Import(ServerPropertiesAutoConfiguration.class)    public class ZuulServerAutoConfiguration {        ...        @Bean        public ZuulController zuulController() {            return new ZuulController();        }                @Bean        public ZuulHandlerMapping zuulHandlerMapping(RouteLocator routes) {            ZuulHandlerMapping mapping = new ZuulHandlerMapping(routes, zuulController());            mapping.setErrorController(this.errorController);            return mapping;        }    }    public class ZuulController extends ServletWrappingController {                public ZuulController() {            setServletClass(ZuulServlet.class);            setServletName("zuul");            setSupportedMethods((String[]) null); // Allow all        }        ...    }    public class ZuulHandlerMapping extends AbstractUrlHandlerMapping {        ...        private final ZuulController zuul;        ...        @Override        protected Object lookupHandler(String urlPath, HttpServletRequest request) throws Exception {            if (this.errorController != null && urlPath.equals(this.errorController.getErrorPath())) {                return null;            }            if (isIgnoredPath(urlPath, this.routeLocator.getIgnoredPaths())) return null;            RequestContext ctx = RequestContext.getCurrentContext();            if (ctx.containsKey("forward.to")) {                return null;            }            if (this.dirty) {                synchronized (this) {                    if (this.dirty) {                        registerHandlers();                        this.dirty = false;                    }                }            }            return super.lookupHandler(urlPath, request);        }        ...        private void registerHandlers() {            Collection
    
      routes = this.routeLocator.getRoutes();            if (routes.isEmpty()) {                this.logger.warn("No routes found from RouteLocator");            }            else {                for (Route route : routes) {                    registerHandler(route.getFullPath(), this.zuul);                }            }        }    }
    

SpringCloud默认定义了一些Filter来实现网关逻辑，其中最核心的Filter——RibbonRoutingFilter是负责实际转发操作的，在它的过滤逻辑里又集成了hystrix、ribbon等其他重要框架。源码摘要如下：

public class RibbonRoutingFilter extends ZuulFilter {    @Override    public Object run() {        RequestContext context = RequestContext.getCurrentContext();        this.helper.addIgnoredHeaders();        try {            RibbonCommandContext commandContext = buildCommandContext(context);//构建请求数据            ClientHttpResponse response = forward(commandContext);//执行请求            setResponse(response);//设置应答信息            return response;        }        catch (ZuulException ex) {            throw new ZuulRuntimeException(ex);        }        catch (Exception ex) {            throw new ZuulRuntimeException(ex);        }    }}

加载Filter的方式通过ZuulFilterInitializer扩展为可以从ApplicationContext中获取。源码摘要：

/** 代码出自ZuulServerAutoConfiguration */@Configurationprotected static class ZuulFilterConfiguration {    @Autowired    private Map
    
      filters;//从spring上下文中获取Filter bean    @Bean    public ZuulFilterInitializer zuulFilterInitializer(            CounterFactory counterFactory, TracerFactory tracerFactory) {        FilterLoader filterLoader = FilterLoader.getInstance();        FilterRegistry filterRegistry = FilterRegistry.instance();        return new ZuulFilterInitializer(this.filters, counterFactory, tracerFactory, filterLoader, filterRegistry);    }}public class ZuulFilterInitializer {    private final Map
     
       filters;    ...    @PostConstruct    public void contextInitialized() {        ...        // 设置filter        for (Map.Entry
      
        entry : this.filters.entrySet()) {            filterRegistry.put(entry.getKey(), entry.getValue());        }    }}
      
     
    

Zuul2

随着业务的不断发展，Zuul对于Netflix来说性能已经不太够用，于是Netflix又开发了Zuul2。Zuul2最大的变革是基于Netty实现了框架的异步化，从而提升其性能。根据官方的数据，Zuul2的性能比Zuul1约有20%的提升。Zuul2架构图如下：

由于框架改为了异步的模式，Zuul2在提升性能的同时，也带来了调试、运维的困难。在实际的使用当中，对于绝大多数公司来说，并发量远远没有Netflix那样庞大，选择开发调试更简单、且性能够用的Zuul1是更合适的选择。

作者简介

任金昊，随行付架构部高级开发工程师。擅长分布式、微服务架构，负责随行付微服务生态平台开发。